Acta Pharmaceutica Sinica B:和厚朴酚具有治疗肌萎缩侧索硬化症的多靶点药物的潜在前景

导读

肌萎缩侧索硬化症(ALS)是一种进行性神经退行性疾病，影响上、下运动神经元(MN)，有大量未得到满足的医疗需求。ALS的发病机制有多种，包括神经元氧化应激和线粒体功能障碍。和厚朴酚(HNK)已被报道在几种神经系统疾病模型中发挥治疗作用，包括缺血性中风、阿尔茨海默病和帕金森病。在此，我们发现和厚朴酚在体外和体内的ALS疾病模型中也显示出保护作用。和厚朴酚可提高表达突变型G93A SOD1蛋白的NSC-34运动神经元样细胞(简称SOD1-G93A细胞)的活力。机制研究表明和厚朴酚通过促进谷胱甘肽(GSH)的合成和激活核因子红系相关因子2(NRF2)-抗氧化反应元件(ARE)途径来减轻细胞氧化应激。此外，和厚朴酚通过微调SOD1-G93A细胞的线粒体动力学，改善了线粒体的功能和形态。重要的是，和厚朴酚延长了SOD1-G93A转基因小鼠的寿命，并改善了运动功能。对小鼠脊髓和腓肠肌的抗氧化能力和线粒体功能的改善也进一步得到证实。总体而言，和厚朴酚作为治疗ALS的多靶点药物显示出良好的临床前潜力。

论文ID

题目：Honokiol alleviated neurodegeneration by reducing oxidative stress and improving mitochondrial function in mutant SOD1 cellular and mouse models of amyotrophic lateral sclerosis

译名：和厚朴酚通过减少氧化应激和改善线粒体功能减轻肌萎缩侧索硬化症突变型SOD1细胞和小鼠模型的神经变性

期刊：Acta Pharm Sin B                                    

IF：14.903

发表时间：2023.2

通讯作者单位:中国医学科学院与北京协和医学院

DOI号：https://doi.org/10.1016/j.apsb.2022.07.019

主要内容

肌萎缩侧索硬化症(ALS)是一种进行性神经退行性疾病，可导致累及皮质、脑干和脊髓的上下运动神经元(MNS)变性和死亡。肌肉逐渐失去神经会导致肌肉无力、萎缩和瘫痪，最终导致呼吸衰竭和死亡。肌萎缩侧索硬化症的发病率估计在每10万人年0.6至3.8人之间。肌萎缩侧索硬化症患者起病隐匿，但进展迅速，平均生存期为3-5年。在ALS患者中，近90%的E95%属于病因不明的散发性ALS(SALS)，约5%的E10%是与已知基因突变相关的家族性ALS(FALS)。铜锌超氧化物歧化酶1(SOD1SO1)是中国ALS的主要病因，占中国人群ALS的25.3%。尽管一些候选药物在临床前试验中被证明可以延缓疾病的进展，但利鲁唑和依达拉奉只是美国食品和药物管理局批准的治疗ALS的两种药物。然而，它们的效果是有限的，只能将寿命延长几个月。

肌萎缩侧索硬化症是一种致命的神经退行性疾病，其特征是大脑和脊髓上下MN的丢失，目前尚无有效的治疗方法，尽管利鲁唑和依达拉奉已被临床批准。和厚朴酚是从厚朴属植物中分离得到的一种多效性化合物，因其具有强大的抗氧化、抗兴奋性毒性、线粒体保护和抗神经炎等作用，已被报道对多种中枢神经系统疾病如缺血性中风、阿尔茨海默病和帕金森病具有神经保护作用。然而，和厚朴酚在肌萎缩侧索硬化症中是否具有有益的作用尚不清楚。由于和厚朴酚可以很容易地渗透到血-脑脊液中，我们在这里试图揭示和厚朴酚对ALS的疗效。本工作为和厚朴酚在SOD1-G93A细胞模型和转基因小鼠中显示出明显的神经保护作用提供了重要证据。通过稳定地将EGFP标记的G93A突变形式的SOD1质粒导入NSC-34细胞(由富含运动神经元的小鼠胚胎脊髓细胞与小鼠神经母细胞瘤融合而成的小鼠神经杂交细胞系)，已被证明与模拟ALS细胞中几种病理情况的对照细胞相比，ALS细胞的增殖和细胞分化受损，对氧化应激更敏感，高尔基体碎裂更多。这些结果证明了NSC34-hSOD1-G93A细胞作为ALS MNS模型的可靠性。进行性MNS丢失是ALS的主要病理改变，我们发现和厚朴酚可提高SOD1-G93A细胞的存活率，减轻细胞凋亡。最重要的是，和厚朴酚延缓了SOD1-G93A ALS转基因小鼠运动系统功能障碍的进展，延长了存活时间。和厚朴酚对体重减轻没有显著影响，也有类似的发现，治疗后小鼠的存活时间延长，但体重没有改善。

在本研究中，我们没有发现主要检测前肢力量的握力试验中的显著变化，而转杆试验和挂线试验中潜伏期的增加表明和厚朴酚通过增强后肢力量和减轻腓肠肌病变改善了运动功能，这些病变在疾病进展较早且往往更严重。此外，我们证实和厚朴酚部分逆转了脊髓MNS的丢失，但差异并不显著，可能是因为变异性高和样本量小。有趣的是，和厚朴酚显著减轻ALS脊髓内明显的病理改变--神经胶质细胞的激活。据报道，和厚朴酚可能直接抑制星形胶质细胞和小胶质细胞的激活，从而减轻阿尔茨海默病动物模型和实验性自身免疫性脑脊髓炎模型的神经炎症。此外，和厚朴酚通过减少NADPH-氧化酶和GFAP的表达，减轻帕金森病动物模型的氧化应激和反应性星形胶质细胞的诱导。和厚朴酚减轻胶质细胞活化的作用可能是其抗炎和抗氧化能力综合作用的结果。此外，骨骼肌进行性退化是ALS的早期病理特征，在ALS患者和SOD1G93A ALS小鼠模型中，ALS可能先于MNS发生。和厚朴酚可减轻SOD1-G93A模型小鼠腓肠肌的萎缩。综上所述，和厚朴酚可能通过改善ALS患者的运动功能衰退和病理损害而发挥治疗作用。

和厚朴酚在体外表现出较强的清除自由基能力和抗氧化能力

越来越多的证据强调了氧化还原失衡在ALS发病机制中的重要性。ALS患者有高水平的氧化应激标志物，约61%的ALS患者样本显示出与氧化应激反应一致的基因表达特征。突变体SOD1通过ROS、活性氮的异常产生和错误折叠的蛋白质聚集体的形成，破坏ALS的氧化还原动态平衡。在这里，RNA测序分析暗示和厚朴酚可能参与调节突变的SOD1-G93A MNS的氧化应激和线粒体功能。因此，我们对SOD1-G93A细胞的氧化应激损伤进行了评估，发现和厚朴酚可以减轻脂质过氧化损伤、蛋白质氧化损伤和DNA氧化损伤。研究表明，ALS患者脑脊液中T-AOC明显降低，和厚朴酚呈剂量依赖关系显著升高T-AOC。在体外抗氧化能力评价中，和厚朴酚与依达拉奉对氧自由基的吸收和超氧阴离子自由基的清除作用较强，对DPPH的清除作用较弱，而对羟基自由基的清除作用明显高于依达拉奉。利用酵母氧化应激文库，将一个带有GFP标签的氧化应激相关基因导入酵母，与H_2O_2模型组相比，和厚朴酚处理后一系列抗氧化基因表达下调，提示和厚朴酚在ALS模型中具有较强的抗氧化能力。

体内处理氧化应激的系统主要有两种，一种是酶系统，如超氧化物歧化酶、CA-T、谷胱甘肽过氧化物酶和硫氧还蛋白过氧化物酶；另一种是非酶系统，如GSH、硫氧还蛋白(Trx)、Vc等。GSH和Trx是两种依赖于巯基的抗氧化剂系统。谷胱甘肽是谷胱甘肽的还原形式，是一种众所周知的抗氧化剂巯基(ESH)三肽，是细胞内与ROS非酶反应和防止氧化损伤所必需的抗氧化物质65。据报道，与健康志愿者相比，ALS患者运动皮质中GSH含量较低。ALS患者脑脊液中GSH/GSSG比值也降低。谷胱甘肽缺乏可促进SOD1-G93A小鼠的神经功能缺陷、线粒体功能障碍68和MNS退化。在这项研究中，和厚朴酚显著提高了SOD1-G93A细胞的GSH/GSSG比率。细胞内最重要的抗氧化反应调节因子之一是NRF2-kelch样ECH相关蛋白1信号。已知GSH的产生主要受NRF2途径的调控。当细胞受到氧化应激的损伤时，nrf2从海藻样ech相关蛋白1中解离出来，移位到细胞核中并结合启动子区域的ares，然后调节大约250个基因的转录，建立一个多方面的网络，包括细胞活动，包括解毒反应，维持氧化还原和蛋白质的动态平衡，以及能量代谢。

和厚朴酚对SOD1-G93A细胞的抗氧化能力和线粒体功能具有调节作用

总结

我们的研究首次证明和厚朴酚在体内外对突变型SOD1-G93A的毒性有保护作用。此外，我们还发现和厚朴酚通过NRF2/GSH信号通路抑制氧化应激损伤，并通过促进线粒体生物合成和维持线粒体融合裂解平衡来改善线粒体功能障碍。和厚朴酚有望成为治疗ALS的多靶点药物。

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.apsb.2022.07.019

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